한국자동차연구원, '조용한 혁신, 테슬라 중대형 원통형배터리' 보고서 발표
테슬라가 2020년 배터리 데이에서 공개한 중대형 원통형배터리가 양산을 앞두고 있다. 한국자동차연구원은 해당 배터리가 대량 양산에 성공한다면, 전기차 배터리의 생산성 및 원가 경쟁력을 유의미하게 개선할 수 있다고 예상했다.
테슬라는 전기차 시장 진출 초기부터 생산성이 뛰어난 원통형 배터리 기술에 집중해왔다. 소비자 가전에서 표준적으로 쓰이던 배터리의 하나인 18650 원통형배터리를 2008년에 출시한 로드스터에 탑재해, 원통형배터리의 전기차 적용 가능성을 최초로 입증했다.
이후 기존에 사용하던 18650 배터리의 지름과 높이를 키운 21700 배터리를 2017년 모델3에 채택하며 단전지의 에너지 증가와 더불어 원통형배터리의 원가경쟁력을 강화했다. 올해 테슬라는 2020년 Battery Day에서 공개한 4680 배터리의 양산을 앞두고 있다.
4680 배터리는 지름 46mm, 높이 80mm의 중대형 원통형배터리로 기존 21700 배터리보다 크다. 단전지를 더 크게 만들수록 배터리의 에너지당 공정횟수 감소로 생산비용이 감소한다. 단전지가 너무 커지면 불용공간이 증가하지만, 테슬라는 주행거리와 원가절감을 고려한 최적화 설계 기술을 도입해 이를 극복했다.
테슬라는 건식전극기술과 공정속도 개선을 통해 생산속도를 높이고, 단전지의 크기 증가에 힘입어 배터리 활성화 공정에 필요한 자원을 감소시킴으로써 궁극적으로 원가절감이 가능하다는 입장이다. 생산성이 향상된 공장은 동일 투자비로 더 많은 배터리를 양산해냄으로써 시설투자 효율성이 강화될 수 있다.
테슬라의 4680 배터리 개발의 핵심 의도는 생산성 개선을 통한 배터리 원가절감 효과다. 테슬라는 각국의 전기차 구매보조금 없이도 전기차가 내연기관차 수준의 가격 경쟁력을 확보할 수 있도록 노력을 기울이고 있으며, 그 일환으로 2025년까지 배터리 가격을 60$/kWh까지 낮출 계획이다.
한국자동차연구원은 중대형 원통형배터리는 배터리·완성차 업계의 게임체인저가 될 잠재력이 있다고 평가했다.
장대석 연구원은 "테슬라 4680 배터리 대량양산은 향후 전기차 시장 판도를 좌우할 것"이라고 평가하면서, "중대형 각형과 파우치형에 집중하는 배터리 회사들은 테슬라가 제시한 중대형 원통형에 상응하는 고속공정에 집중할 것인지 중대형 원통형배터리를 개발할 것인지 선택에 놓일 것"이라고 전망했다.
장 연구원은 또 "기존 중대형 각형과 파우치형을 차용하는 완성차 회사들은 원가절감이 된 중대형 원통형배터리를 탑재한 전기차와의 가격 경쟁에서 난항을 겪을 가능성이 존재한다"며 "차세대 이차전지 기술(리튬-공기전지, 리튬-황전지, 리튬메탈전지, 전고체전지 등) 개발도 중요하지만, 현재로서는 이러한 신기술이 상용화되어 제품화되기까지는 원가, 양산성 등의 넘어야 할 허들이 존재한다"고 진단했다.
마지막으로 장 연구원은 "전기차 메가트렌드가 지속되기 위해서는 원가의 40%에 해당하는 배터리 가격 하락이 핵심 이슈이며, 현존 이차전지기술을 활용한 배터리설계의 개선 및 경제성 개선도 중요한 부분임을 인식해야 한다"고 지적했다.
헬로티 이동재 기자 |
